دانشمندان پس از گرفتن عکسی از سیاهچاله هیولای کهکشان راه شیری، رویای گرفتن ویدیوهایی را در سر می پرورانند!!
تلسکوپ افق رویداد در چند سال آینده چه چیزی برای ما در نظر گرفته است؟
تصویری از سیاهچاله پرجر در مرکز کهکشان راه شیری، یک غول بزرگ به نام Sagittarius A*، که توسط تلسکوپ افق رویداد در 12 می 2022 گرفته شد. (اعتبار تصویر: همکاری تلسکوپ افق رویداد)
تلسکوپ افق رویداد که به تازگی اولین تصویر خود از سیاهچاله در مرکز کهکشان ما را نشان میدهد، آماده است تا گامهای بعدی خود را با گرفتن فیلمهایی از گازی بردارد که بهطور متلاطم در یک سیاهچاله جریان دارد.
دو تصویر سیاهچالهای که تلسکوپ افق رویداد (EHT) تاکنون تهیه کرده است – تصویر Sagittarius A* در کهکشان راه شیری و تصویر سیاهچاله در مرکز کهکشان M87 – عکسهایی از زمان هستند. سیاهچالهها بهطور مداوم در حال چرخش هستند، زیرا مدارهای گاز در اطراف سطح آن یا افق رویداد میچرخند، اما تصاویر هنوز واقعاً این چرخش را نشان نمیدهند.
بنابراین دانشمندان رویای فیلمهایی را در سر میپرورانند که با تصویربرداری مکرر از سیاهچالهها در طول ماهها و سالها تهیه شود. محققان امیدوارند که چنین فیلمهایی تکامل قرصهای برافزایش سیاهچالهها را در جریان جریان گاز روی آنها و چگونگی درهمتنیدگی و پیچیدن میدانهای مغناطیسی درون دیسک را در حین کشیده شدن به اطراف سیاهچالهها نشان دهند.
قبلاً تلاشهایی برای ساخت فیلم صورت گرفته است. کیتی بومن، دانشمند کامپیوتر در موسسه فناوری کالیفرنیا، در کنفرانس خبری NSF در روز پنجشنبه (12 می)، با اشاره به اجرای رصد سال 2017 گفت که دادههای پشت تصاویر را تولید کرد: “ما این کار را با دادههای سال 2017 از هر دو سیاهچاله را امتحان کردیم.”
او افزود: «ما الگوریتمهایی را توسعه دادیم که به ما امکان ساخت فیلم را میداد و آنها را روی دادهها اعمال کردیم. ما دیدیم که اگرچه چیز جالبی در آنجا وجود داشت، اما دادههایی که در حال حاضر در اختیار داریم به اندازه کافی نیستد تا چیزی بگوییم که واقعاً در مورد آن مطمئن هستیم.»
بنابراین دانشمندان قبل از امکانپذیر شدن ویدیو به دادههای بیشتری نیاز دارند، اما گرفتن این دادهها زمان زیادی میبرد و تلسکوپهایی که پروژه EHT را تشکیل میدهند، برنامههای رصدی دیگری برای تکمیل دارند.
برای رویارویی با این چالش، مهندسان در حال اجرای بهبودهای فنی هستند تا تا سال 2024، ستاره شناسان EHT بتوانند مشاهدات را روشن و خاموش کنند. این قابلیت به دانشمندان این امکان را میدهد که از زمان آزاد در تلسکوپها در یک دوره طولانی استفاده کنند (به جای یک کارزار رصدی که یک یا دو هفته طول میکشد).
وینسنت فیش، اخترفیزیکدان در رصدخانه Haystack در موسسه فناوری ماساچوست، این رویکرد را رصد چابک توصیف میکند. فیش در طول کنفرانس خبری NSF گفت: “شما مشاهدات خود را انجام میدهید و سپس [تلسکوپها] میتوانند به عقب برگردند و بقیه زمانها را به علوم دیگر خود بپردازند.”
اگرچه این مشاهدات چابک در سال 2024 آغاز خواهد شد، دانشمندان EHT به چند سال زمان نیاز دارند تا با استفاده از تکنیکهای تصویربرداری که بومن توضیح داد، دادهها را در یک فیلم پردازش کنند.
اولین ستاره سینما سیاهچاله M87 خواهد بود، کهکشانی بیضوی در قلب خوشه کهکشانی Virgo، در فاصله 54.5 میلیون سال نوری از زمین واقع شده است. سیاهچاله علیرغم فاصله زیادش، در واقع با اندازهای شبیه به Sagittarius A* در آسمان ظاهر میشود، زیرا بسیار بزرگتر است. حلقه گازی که از اطراف Sagittarius A* به تصویر کشیده شده است میتواند در داخل مدار عطارد قرار گیرد که شعاع آن حدود 36 میلیون مایل (58 میلیون کیلومتر) است در حالی که سیاهچاله M87 میتواند به راحتی مدار تمام سیارات منظومه شمسی را در بر بگیرد.
بزرگی سیاهچاله M87 در ساخت فیلم به شما کمک میکند. از آنجایی که Sagittarius A* بسیار کوچکتر است، تغییرات بسیار سریعتر با شلیک گاز در اطراف سیاهچاله رخ میدهد. از آنجایی که سیاهچاله M87 بسیار بزرگ است، تغییرات در حلقه گازی آن هفتهها یا ماهها طول میکشد تا آشکار شود و به فیلمها اجازه میدهد با سرعتی باشکوهتر فیلمبرداری شوند.
مشاهده چابک فواید دیگری نیز دارد. گاهی اوقات، سیاهچالهها با نابود کردن یک سیارک یا ابر گازی خیلی نزدیک طغیان می کنند. رصد چنین فورانهایی مستلزم پیگیری سریع است که با توجه به تدارکات زمان تنظیم تلسکوپها و تنظیم تجهیزات لازم EHT تاکنون قادر به انجام آن نبوده است. با رصد چابک، اگر اخترشناسان یک انفجار را در M87 یا حتی در Sagittarius A* مشاهده کنند، EHT میتواند با یک سوئیچ آن را دنبال کند.
اگرچه نباید به این زودی انتظار فیلمی از Sagittarius A* را داشته باشیم، اما در این بین چیزهای بیشتری برای مشاهده وجود دارد. EHT قبلاً سطح قطبش نور از دیسک گازی M87 را اندازهگیری کرده است که به اخترشناسان در مورد قدرت و جهت میدانهای مغناطیسی پیچیده شده در دیسک اطلاعاتی میدهد که احتمالاً از خود سیاهچاله سرچشمه میگیرد.
مایکل جانسون، اخترفیزیکدان در دانشگاه مرکز اخترفیزیک هاروارد-اسمیتسونین در کنفرانس خبری NSF گفت: “گام بعدی ما ساختن تصاویر قطبی شده از Sagittarius A* است، به طوری که میتوانیم میدانهای مغناطیسی نزدیک سیاهچاله را ببینیم و ببینیم چگونه آنها توسط خود سیاهچاله کشیده میشوند.”
گام دیگر، دید EHT از سیاهچالهها را بهتر میکند. هفت رصدخانه برای تصویربرداری از سیاهچاله M87 همکاری کردند. با اضافه شدن تلسکوپ قطب جنوب، هشت رصدخانه در تصویربرداری از Sagittarius A* شرکت کردند.
تلسکوپ افق رویداد از طریق تداخلسنجی خط پایه بسیار طولانی عمل می کند، تکنیکی که تلسکوپها را جفت میکند. فاصله بین تلسکوپها که دانشمندان آن را “خط پایه” مینامند، معادل دیافراگم یک تلسکوپ معمولی است.
اگر تلسکوپهای بیشتری بتوانند به پروژه EHT بپیوندند، خطوط پایه که رصدخانهها را به هم پیوند میدهند میتوانند از نظر تعداد و طول افزایش یابند. طولانی کردن خطوط پایه وضوح را افزایش میدهد و به دانشمندان امکان میدهد جزئیات کوچکتری را ببینند. در همین حال، افزایش تعداد خطوط پایه باعث افزایش حساسیت EHT و تعداد زوایای دید آن میشود. این فاکتور در تصویر Sagittarius A* که لکهدار به نظر میرسد نشان داده میشود: آن نقاط روشن، نقاط داغ نیستند، بلکه مناطقی را مشخص میکنند که زوایای دید بیشتر جفتهای تلسکوپ با هم مطابقت دارند و در نتیجه سیگنال قویتری ایجاد میشود.
از زمان اجرای تصویربرداری M87 و Sagittarius A*، سه تلسکوپ جدید به EHT اضافه شده است. اینها پروژه تلسکوپ گرینلند، رصدخانه IRAM NOEMA در کوههای آلپ فرانسه و تلسکوپ 12 متری کیت پیک در آریزونا هستند. از آنجایی که پروژه تلسکوپ گرینلند بسیار دورتر از شمال است، فقط میتواند M87 را رصد کند (نه Sagittarius A*). از سوی دیگر، تلسکوپ قطب جنوب نمیتواند M87 را ببیند. بنابراین تنها 10 تلسکوپ قادر به رصد هر دو سیاهچاله خواهند بود.
هیکوکس میگوید: “افزودن ایستگاههای جدید کمک زیادی خواهد کرد.”
و سیاهچالههای دیگر در کهکشانهای دیگر چطور؟ متأسفانه، ممکن است فعلاً مجبور باشیم فقط به دو سیاهچاله بسنده کنیم.
هیکوکس میگوید: «یکی از چالشها این است که واقعاً هیچ سیاهچالهای وجود ندارد که افق رویداد به اندازه کافی بزرگ داشته باشد، همانطور که بر روی آسمان نمایش داده میشود و بتوان به راحتی با تلسکوپ افق رویداد تصویربرداری کرد.
این بدان معنا نیست که EHT نمیتواند آنها را مشاهده کند. این شبکه قبلاً جتهای برخی کهکشانهای فعال مانند اختروش 3C273 را مشاهده کرده است که 2.4 بیلیون سال نوری از زمین فاصله دارد و دارای یک سیاهچاله مرکزی با حدود 880 میلیون جرم خورشید است.
هیکوکس گفت که این جتها میتوانند به طرز شگفت انگیزی آموزنده باشند. “ساختارهای بسیار جالبی در این جتها وجود دارد که به ما میگوید چگونه ذرات در اطراف سیاهچاله شتاب میگیرند و چگونه میدانهای مغناطیسی کار میکنند و ترکیب آن ذرات چگونه است. هستند و همه آن چیزها، که بر چگونگی تأثیر آن جتها بر گاز در مقیاسهای بسیار بزرگ در اطراف کهکشان تأثیر میگذارد.”
با توجه به اینکه برنامه رصد EHT در سال 2020 به دلیل همهگیری COVID-19 لغو شد، زمان از دست رفته برای جبران وجود دارد. با این حال، این مکث به دانشمندان این فرصت را داد تا تصویر Sagittarius A* را پردازش کنند و فناوری جدید و الگوریتمهای پردازش تصویر را توسعه دهند تا جزئیات بیشتری را از تصاویر بدست آورند.
ترجمه: سارا سیدحاتمی
منبع:
After snapping a photo of the Milky Way’s monster black hole, scientists dream of videos
By Keith Cooper
https://www.space.com/black-hole-movies-event-horizon-telescope